氢原子百科 
氟化物（Fluoride）是一种含有氟的有机或无机化合物。氟几乎能与所有的化学元素发生化学反应，而且反应非常剧烈，它的电负性极强，对电子的亲和力强，很容易从其他元素获得一个电子而成为-1价氧化态F，也可与另一个原子的未成对电子配对形成共价键，或与其他元素化合成络阴离子。[2][1]
氟在自然环境中的形态是多种多样的，在空气中氟主要以氟化氢、四氟化硅的形式逸散在空气中，在土水系统中的氟的形态一般可分为：水溶态，可交换态、吸附态等。水溶态氟主要指以离子或络合物存在于土壤和水体溶液中的氟。除了自然形成的氟化物，还有许多人工合成的氟化物，如六氟化铀、六氟化硫、氟化卤、含氟配合物、四氟铵盐、氟化物玻璃、“氟利昂”类型化合物、碳氟酸类化合物及碳氟烯类化合物等。[1]
氟化物在现代科技中具有重要的应用，氢氟酸是重要的氟化物，不仅用于氟代烃和铝氟化物的生产，还能用来溶解玻璃；含氟试剂在有机合成中占有很重要的地位，常用氟化物来脱去硅醚保护基；在生物化学中，氟化物常被用为酶抑制剂；含氟聚合物，如聚四氟乙烯，是化学惰性且对生物无害的材料，能应用于外科植入物材料中；含氟化合物还能预防龋齿、用于饮水加氟及生产其他口腔卫生产品；氟化物玻璃和光纤在远距离通信、医学、国防上也发挥着重要作用。[4][5][6][7]
相关历史
历史上，氟是最重要的木材防腐剂的元素之一。氟化物最早是1861年英国想把氟化钙或氟硅酸盐（氟硅化物）沉积到木材中的一种方法中，提出作为木材防腐剂的，但是这些方法从未被商业上所采用。第一个实际使用氟化物的方法是1901年发明的，1903年获得专利权，它是把锌溶解于氢氟酸中所得的产品。当这种溶液进入木材后，多余的氟化氢挥发掉，从而发生固定作用。1907年，法国研究出一种类似的方法，即是先用氟化钠和氯化锌的混合溶液处理，然后加热，由于氟化锌在木材中发生沉淀，因此达到固定的目的。同一年，Wolman（沃尔曼）因把氟化钠和氟化钾用作坑木防腐而获得专利权。氟硅酸钠（氟硅化物）于1904年首先提出作为木材防腐剂，尽管它的供应充足，价格低廉，但由于其溶解度低，且有腐蚀性，结果使它不能广泛地被采用。1926年，提出了用氟化钠和氟硅酸钠的混合物处理坑木，这种混合物的价格低于单独使用氟化钠时的价格，特别是氟硅酸钠就地可得，因此更是合适。[8]
氟化物防龋齿已有100多年历史，早在20世纪初就有含氟牙膏问世。最早报告临床试验成功的含氟牙膏是氟化亚锡牙膏。1956年美国开始生产和使用氟化亚锡牙膏。由于氟化亚锡的不稳定性、生物学活性保存时间短以及有染色等缺点，逐渐由其他含氟牙膏所取代。1965年Torell（托雷尔）等人开始进行单氟磷酸钠牙膏的临床研究，观察到明显的防龋效果。单氟磷酸钠含氟牙膏得到广泛应用。20世纪80年代以来研制出与氟化钠完全相容的磨擦剂，其牙膏的防龋效果与其他含氟牙膏相类似，是一种离子型氟化物牙膏，遇水即刻释放出氟离子。氟化钠牙膏性能比较稳定，pH接近中性，不使牙染色。[9][10]
有机氟化物命名
通常把氟化合物分子中碳-氢键上的氢原子全部被氟原子所取代的化合物，称为“全氟化合物”，用“全氟”（perfluoro-）作词头，加在相应的化合物名称之前。被取代的化合物的原来名称则用括弧括起来，不会误解的名称亦可不加括弧。例如：全氟戊烷或十二氟戊烷。[11]
如果化合物分子中的氢原子不是全部被氟原子取代，而分子中仍含有氢原子或其他卤素原子时，则这些氢原子或卤素原子可作为词头，并连同位次编号一起加在氟化合物名称之前来命名。氢原子可用“H”或“氢（基）”作词头来表示。例如：1,1-二氟乙烷，1,6-二氢全氟庚烷。[11]
如果化合物分子中不但是所有的C-H键上的氢原子全被氟原子所取代，而且官能团中的氢原子也全被氟原子所置换它们的命名可参考举例，如全氟丁醛、全氟丙酮等。[11]
四价共价硫和六价共价硫的氟化衍生物的命名比较困难，以C6H5SF5的两种命名为例，以供参考，可称为苯基硫五氟化物，五氟化苯基硫或五氟硫烷基苯。[11]
含氟和氯的烷烃在商业和技术文献上称为氟里昂。每个化合物用它所含有的碳、氟、氯或溴的原子数目来表示和区别。把排列组成的数字用一短横连接在氟里昂缩写的字母F之后来称呼，如F-12。[11]
无机氟化物命名
只含两种元素的化合物，把两种元素的名称中加化学介字“化”字缀合而成的。 在名称中，电负性较强的元素名称放在前面，电负性较弱的元素名称放在后面， 如氟化铍；非极性二元化合物命名时需标明化学组成，如二氟化氧；极性二元化合物中，电正性元素虽通常仅有一种或两种化合价，但所形成的二元化合物其组成不符合常见的化合价时或其电化价尚不清楚时也采用表明化学组成的命名方法。三元、四元等化合物，在尽可能的情况下，采用二元化合物的命名法。[12]
理化性质
氟（F）是一种非金属元素，由于它易于与金属元素形成可溶性的化合物进行迁移，因此又称为矿化剂元素。几乎能与所有的化学元素发生化学反应，而且反应非常剧烈，它甚至能与稀有气体中的氪和氙发生反应，生成氪和氙的化合物。它的电负性极强，对电子的亲和力强，很容易从其他元素获得一个电子而成为-1价氧化态F，也可与另一个原子的未成对电子配对形成共价键，或与其他元素化合成络阴离子，因此，环境中的氟仅以负一价离子状态存在。[1]
许多氟化物具有挥发性，一些氟化物沸点低，在常温或较低的温度下即气化而大量挥发，如四氟化硅（SiF4）和氟化氢（HF），它们是大气氟环境污染的主要物质，许多排氟工厂排出的主要是这两种氟化物。这些氟化物在环境中易发生迁移转化。[1]
大多数的氟化物具有一定的水溶解性。很多氟化物易溶于水，在20℃时，氟磷灰石的溶解度为200～500mg/L，冰晶石为348mg/L。即使是溶解度很低的萤石也达40mg/L，故其迁移性较强。[1]
在酸性条件下，氟与许多元素有形成络合物的趋势，许多重要的元素，如铝、硅、铁、镁、硼、泥、钼镀、锂等都易于与氟形成络合物，且通常这些络合物较稳定。[1]
预防龋齿
适量的氟可预防龋齿，摄入氟过多或过少都会给人体健康带来不利的影响，特别是在牙萌出之前和矿化期间。氟化物预防龋齿的原理机制是：[13]
1.降低釉质的溶解度：氟能降低釉质的溶解度主要原因是氟离子能置换釉质中轻基磷灰石的基形成氟磷灰石。氟磷灰石是一种较理想稳定的晶体，在酸中的溶解度比磷灰石低。临床资料和所有的流行病学调查都显示高氟地区牙釉质的溶解度较低。[13]
2.促进釉质再矿化：体外研究表明，氟化物能增强再矿化过程。在磷酸钙溶液中加入0.05mmol/L的氟化物可以使釉质的再矿化速度增加4～5倍。在矿化液中加入微量氟化物，较单独用矿化液更能迅速和有效地增强釉质的硬度。[13]
用氟化物处理龋损形成的白斑时，氟化物可渗入到牙釉质表层，大面积的海绵样多孔部位优先获得氟化物，促使缺损处釉质再矿化，溶解性降低，从而抵抗酸的再侵袭，龋齿停止发展。[13]
合成润滑剂
氟是元素周期表中最活泼的非金属元素，能与大部分其它元素反应生成非常稳定的化合物，所以制成的含氟润滑剂具有优异的化学惰性、极高的抗氧化性、抗强腐蚀性 、润滑性能好及分解温度高等优点，是其它润滑剂所不能比拟的，因此氟化物在合成润滑剂中的应用越来越被推广。[14]
激光技术
如果没有氟化学 (也包括元素氟工艺 )的发展就不可能有化学激光、光离解激光和受激二聚物激光方面的制造成就。前两类激光 已成为世界上所生产的气态激光中生产规模最大的品种。化学激光类的研制成功促进了元素氟与烃类反应机理的研究和对最基本反应常数的测定。[15]
有机合成
选择氟化试剂独特的反应活性使人们对复杂反应和对新的试验方法及探讨及其机制的需求加深了认识。它在有机合成中起主要作用，具有氧化剂特性及路易斯酸调节多功能化特性，使得它除了进行亲电氟化以外还是有机化合物的官能化试剂或催化剂。氟化钠、四丁基氟化铵（TBAF）和氟化铯等在有机合成中用来脱去硅醚保护基。[16][5]
医药领域
聚四氟乙烯因其化学性且是对生物无害的材料，广泛应用于医学，如冠状动脉旁路移植以及作为整容和重建外科中软组织的替代品，氟硅酸及其盐氟硅酸钠可用于口腔病防治，氟-18标记的含氟药物氟脱氧葡萄糖用于正电子发射计算机断层扫描技术，而很多氟化物可用于医疗药物，如镇静药（如氟非那嗪）、HIV蛋白酶抑制药（如替拉那韦）、抗生素（如氧氟沙星和曲氟沙星）以及麻醉药（如氟烷）。[5]
酶抑制剂
氟是好几种酶的抑制剂，例如烯醇化酶、琥珀酸脱氢酶、酸性磷酸酯酶都受F-的抑制。F-所以起抑制作用，可能是形成了一种氟磷酸的络合物。另外，F-也能与Ca2+、Mg2+等结合成难溶性的化合物，或与其它离子形成络合物，从而影响某些酶的活性。[17]
氟化物玻璃与光纤
氟化物光导纤维在远距离通信中发挥了重要作用，尤其在海底通信中，氟化物光导纤维由于其损耗极小，可在几千米范围内免除一切中继站，这具有重大的科学和经济意义。[6]
氟化物玻璃除用于远距离通信外，在医学、国防等领域也发挥着巨大的作用。例如用它制成的测温计，不但能精确地测量高温，还能出色地测量低温，这就使得目前常用的石英测温计大为逊色。用氟化物玻璃制成的呼吸气体分析仪，可用来对处于麻醉状态下的患者所呼出的气体浓度即时进行分析，以尽可能减小手术中的危险率。[6]
氟化物电池
美国加州理工学院Victoria Davis（维多利亚·戴维斯）和同事发表了一种可在室温中运作的氟化物-离子电化学电池的方法，令具有化学稳定性的液态导电氟化物电解质成为可能。由于氟的原子量很小，基于氟元素的可充电电池可提供非常高的能量密度，但它们受到其所需温度要求的限制。Davis（戴维斯）等人用溶解于某种氟化醚有机溶剂的干性四烷基氟化铵盐研发了这种电解质，其具有高离子导电性及宽广的电压运作范围。[7]
杀虫剂和防腐剂
氟化钠是一种杀虫剂，用来驱杀蜚蠊和蚂蚁，它常跟除虫菊、硼砂、氧化铝、硫酸铝等粉末混和在一起使用。氟化钠也是除草剂和木材防腐剂。氟的有机化合物氟乙酰胺具有强烈的内吸杀虫作用。主要用于防治果树害虫，对草原鼠害有特效，但有破坏生态平衡的弊端。[18]
存在形式
氟在自然环境中的形态也是多种多样的，在空气中氟主要以氟化氢（HF）、四氟化硅（SiF4）的形式逸散在空气中，在土水系统中的氟的形态一般可分为：水溶态，可交换态、吸附态等。水溶态氟主要指以离子或络合物存在于土壤和水体溶液中的氟，包括、、、、等。土水系统的pH值对氟的形态和氟的溶解都有较大的影响。[1]
除了自然形成的氟化物，还有许多人工合成的氟化物，如六氟化铀、六氟化硫、氟化卤、含氟配合物、四氟铵（NF）盐、氟化物玻璃、“氟利昂”（Freon)类型化合物、碳氟酸类化合物及碳氟烯类化合物等。[1]
食物来源
氟是牙齿和骨骼的构成元素之一。适量的氟能被牙釉质的羟磷灰石晶粒表面所吸附，形成一种抗酸较强的氟磷灰石保护层，提高牙质硬度，并增强牙齿抗酸能力。氟还可以抑制口腔中乳酸杆菌生长，使口腔中酸类食物残渣难以分解氧化成为酸性物质，起到预防龋齿的作用。[19]
氟化物在自然界中广泛分布，岩石风化地区的土壤、地下水和生长的动物与植物，都是人体氟的直接或间接来源。某些种类的岩石含有氟化物是环境中氟化物的主要来源，其氟化物不时地浸出而进入土壤继而进入地下水中，水中的氟以钠盐或是以钾盐的形式存在，可向人类的摄人氟中提供少量至极大量的可溶性氟。氟的食物来源按等级分类如下：[19]
丰富来源：海味和茶叶；[19]
一般来源：大豆、鸡蛋、牛肉、菠菜等；[19]
微量来源：猪肉和全小麦等。[19]
相关法规
中国现行《生活饮用水卫生标准》规定水体中氟化物浓度限值为1.0mg/L（农村饮水放宽为1.2 mg/L)。[20]
另外，同一地区的不同种类的食品，不同地区的同类食品的含氟量都存在着一定的差异，故从食品中摄取的氟量是不一致的。下表列出了不同国家不同年龄人群食品氟的摄入量规定。[21]
分布
氟是自然界固有的化学物质，在构成地壳的各种元素中居第17位，占地壳总量的0.06%～0.09%，地壳的含氟量是600～900mg/L，氟在自然界中的分布十分广泛。[13]
岩石和土壤：由于氟的化学性质极其活泼，自然界中的含氟化合物种类很多，被鉴定含氟的矿物质就有50种以上，多数为硅酸盐，最常见的有：磷灰石，蛋石、冰晶石等。地壳中各种岩石均含有一定量的氟，其平均氟含量为650mg/kg（0.065%）。土壤氟随深度而增加。中国土壤的含氟量上限为6000mg/kg，一般为50～500mg/kg，水溶性含氟量为0.1~1.0mg/kg。土壤中水溶性的氟是活性氟的最大部分，是引起人类氟中毒的直接原因。[13]
生物：各种植物体内普遍含有一定量的氟，植物中的氟多数来源于土壤。树叶中正常氟含量一般为干重2～20mg/kg，该含量随植物的种类、树叶的年龄、土壤的含氟量、化肥的使用情况及其他因素不同而发生变化。植物中含氟量最高的是茶树，据报道有的茶树含氟量每千克高达几百毫克。在不同品种的成品茶中，以砖茶的含量最高。[13]
水：由于地壳中普遍存在氟化物，因此水中都会有不同浓度的氟化物。中国各地区自然水源含氟量差异亦较大，大多数大城市自来水含氟量都较低。[13]
大气：在自然状态的大气中，含氟量是很低的，人体从空气中摄入的氟常可忽略。但是，在空气氟污染严重的地区却能使人体中毒。[13]
吸收
一般情况下，氟随饮料、食物或以某种氟片剂被摄取。氟化物在机体内的吸收受到诸多因素的影响。氟化物的溶解度和理化特性可决定其吸收率的高低。可溶性氟化物如氟化钠，几乎100%被吸收；不溶性的氟化物如氟化钙吸收率只有37%～54%。食物中无机氟及钙、铝含量高时，氟的吸收就减少。胃的pH影响氟吸收的速率，结论是胃的pH值与氟吸收率呈负相关。大多数局部应用的含氟制剂吞后，氟几乎全部被吸收，如含氟牙膏、酸性磷酸氟凝胶、含氟涂料等。[13]
分布
血液、乳汁和软组织：血浆是氟分布至机体各部位及排除体外必须流经的中心部位，大多数软组织细胞内液体中的含氟量与血浆氟浓度之间存在着稳定状态。几种特殊的体液，如龈沟液、导管唾液、胆汁与尿及血浆氟也有稳定的关系。没有证据表明氟与任何软组织结合。氟化物可通过胎盘，胎儿血氟水平约为母体血氟水平的75%，说明胎盘只有部分屏障作用。[13]
骨和牙：氟是钙化组织的亲和剂，机体内约99%的氟沉积在钙化组织中。氟以氟磷灰石或羟基氟磷灰石的形式与骨晶体相结合。骨氟含量随摄氟量和年龄增加而增加。但实际沉淀率与年龄呈负相关。牙的氟蓄积与骨基本相似，也是随着年龄和供水氟浓度的增加而增加。氟在牙形成、矿化时期以及矿化后进入牙组织，牙骨质含氟量最高，其次是牙本质，牙釉质较低。釉质氟主要聚集在表层，釉质表层较深层高5～10倍。[13]
排泄
经肾脏排泄：肾脏是排泄体内氟的主要途径，一般成人摄氟量的40%～60%由尿排出。尿氟排泄速度在摄入氟的最初4小时最快，3～4小时排出20%～30%，24小时可排出摄入氟的一半以上。[13]
其他排泄通道：机体还可以通过其他途径排出部分氟，由粪便排出12.6%～19.5%，由汗腺排出的氟占7%～10%，还有微量的氟从乳汁、泪腺、头发、指甲排出。[13]
中毒表现
急性中毒：主要作用在呼吸系统，引起上呼吸道黏膜刺激症状，严重者可致肺坏死病变或肺纤维化；作用于循环系统，促使室性心动过速或心室颠动、甚至心搏骤停某些氟烃（F22）还能刺激迷走神经，抑制心脏传导系统和心血管运动中枢，引起房室传导阻滞和T波改变；作用于中枢神经系统，表现为表现为头晕、头痛、乏力、嗜睡等，还可出现思维及运动障碍，甚至昏迷。还可以引起肝肾损害，表现为尿频、尿急、尿痛等膀胱刺激症状。[3]
治疗
凡有确切的有机氟气体意外吸入史者，不论有无自觉症状，必须立即离开现场，绝对卧床休息，进行必要的医学检查和预防性治疗，并观察72小时。早期给氧，氧浓度一般控制在50%~60%以内，慎用纯氧及高压氧。成人型呼吸窘迫综合征时可应用较低压力的呼气末正压呼吸。尽早、足量、短程应用糖皮质激素。维持呼吸道畅通，咳大量泡沫痰者应尽快用去泡沫剂二甲基硅油。[3]
预防
生产设备经常维修，防止有害气体跑、冒、滴、漏。残液裂解液严禁随意排放。清理前，做好准备工作，最大限度的减少工人接触机会。安装排风设备，保持车间良好通风，将逸散的毒物及时排出，以降低车间内毒物浓度。改革工艺流程，控制温度（低于450℃），尽可能减少有剧毒的八氟异丁烯、氟光气等气体的产生。注意个人防护，保持良好的个人卫生习惯，减少毒物接触机会，严禁在工作场所吸烟。定期对作业场所空气中毒物浓度进行监测，将作业场所空气中有机氟的浓度控制在职业接触限值以内。接触工人定期健康检查，有明显的呼吸系统疾患，心血管疾患、肝肾疾患，地方性氟病以及明显的骨关节疾病均不适宜从事有机氟作业。[3]
无机氟化物毒性
引起食物中毒的无机氟化合物主要是氟化钠和氟硅酸钠。氟化钠和氟硅酸钠的大鼠经口半数致死量分别为180mg/kg和125mg/kg，在机体内，氟硅酸钠水解成氟化钠，引起中毒。无机氟化物的毒性作用主要有四个方面：一是抑制酶的活性，如骨磷酸化酶、胆碱酯、烯醇化酶、脱氢辅酶等，使三羧酸循环、糖原酵解发生障碍，细胞和组织的能量供应不足，组织中的乙酰胆碱含量增加；二是氟与血液、组织中的钙、镁离子结合，形成溶解度很小的氟化钙和氟化镁，使血钙、血镁浓度下降，影响凝血机制及某些酶类的活性；三是对胃肠黏膜有腐蚀作用可导致胃肠出血；四是氟化钠为细胞浆毒，损伤肝、肾、心脏及呼吸中枢。[22][23][24]
中毒表现
中毒者最初出现的症状是黏膜刺激、腐蚀表现，如流涎，口腔、咽部、胃部烧灼感与疼痛；随后恶心、呕吐，吐出物中混有血丝或鲜血，头昏、头痛、周身乏力，手足麻木并抽搐，腹泻为水样或血性便。中毒重者，四肢间歇性痉挛，类似癫病样发作；呼吸功能障碍，呈缺氧状态，口唇、脸等部位发绀；心、肝、肾等脏器损害，可有血压下降、期前收缩、心室纤颤、肝大、黄疸、蛋白尿等异常体征。还可能出现发热、眼结膜充血。重症病人若未得到及时和相应措施的救治，即因循环衰竭等原因而致死亡。[22]
治疗
减少毒物吸收和保护胃黏膜的措施：误食氟化钠或氟硅酸钠后，应尽早催吐。洗胃可用一定浓度的氯化钙溶液，也可采用乳酸钙或葡萄糖酸钙溶液。口服或经洗胃管灌注一定浓度硫酸镁溶液导泻。催吐或洗胃后应给予牛奶或豆浆、氢氧化铝凝胶，以保护胃黏膜免受毒物的刺激和腐蚀。[22]
解毒治疗：在氟化物中毒时，可给予钙剂治疗，它有两个方面的作用：一是钙能与氟结合，形成溶解度很低的氟化钙，在很大程度上降低氟化物对机体的损害；二是补充体内钙的不足，减轻缺钙所致的临床表现。钙剂种类有葡萄糖酸钙、氯化钙、乳酸钙等。给药的途径可采用口服或静脉注射，应根据病人病情选择。也可以给予维生素B1，可促进脱羟酶辅基的形成和丙酮酸的氧化，有利于相关酶活性的恢复。治疗性维生素B1的给药方法，根据病情需要，可口服或肌内注射。[22]
环境污染
氟是自然界中固有的化学物质，也是地球表面分布最广的元素之一。水、土壤、大气、动物、植物和人体内都含有氟。工业上常用萤石、冰晶石和氟磷灰石等作为原料。生产中常见的氟化物有氟化氢、氟化钠、四氟化硅、三氟化硼、氟硅酸钠等。铝厂、磷肥厂等在生产过程中，能排出大量含氟化物的烟尘和废水污染大气、土壤、牧草、农作物和水源，可引起人畜中毒和损害农作物。[25]
污染来源
环境中氟化物污染主要来自炼铝、磷肥、钢铁、陶瓷等生产过程中排出的含氟废水、废气和废渣。例如铝厂用含氟很高的冰晶石作熔剂电解时，在电解槽排出的烟气中含有大量的氟化物；用萤石作助熔剂的平炉排放的烟气，用含氟矿石烧炼时排放的烟气，都含有氟化物；用氟磷灰石制造磷肥时，大量排出含氟化氢、四氟化硅及氟化钙混合的烟气。陶瓷的釉质中可含氟1.74%（干重），陶瓷厂的大气氟污染也很严重。此外，耗煤工业如热电厂，因通常煤含有氟化物，燃煤时排气中含氟可达0.2~0.3mg/m。在居室内燃烧含氟量高的煤，可发生室内氟污染。[25]